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晴朗的天空为什么是蓝色

企鹅的脚为什么不怕冻? 作者:(英)米克·奥黑尔


天空显现为蓝色,是一种被称为瑞利散射的过程引起的。来自太阳的光照射在地球大气的分子上将发生朝各个方向的散射。散射光的强度与其频率,也就是与其颜色有很大关系。蓝色光的频率很高,其散射光的强度十倍于频率较低的红色光。

日落时太阳显示出美丽的红色,也是存在着这种散射的缘故。当太阳位置很低,靠近地平线时,太阳光要穿过更多的大气才能够到达我们的眼睛。太阳光在来到我们眼睛的途中,蓝色光被散射掉,而红光被散射得很少,因而能够直达我们的眼睛。

天空呈现为蓝色,是一种被称为瑞利散射的过程引起的。根据经典物理学,加速运动的电荷将向外发出电磁辐射。反之,电磁辐射也可以作用于带电粒子使之发生振荡。一个振荡的粒子总是在不停地作加速运动,因而将再次发出辐射。处于这种状态的粒子,我们就说它是一个二次辐射源。这种效应被称为入射辐射的散射。

地球的大气是由若干种气体组成的,这些气体的总合就是空气。我们可以把空气中的每一个分子都视为一个电子振荡器。每一个分子中的电子电荷分布,对于入射辐射而言,将表现为一个散射截面。我们可以把这个散射截面想象为是一块面积,入射辐射只有射中这块面积才会发生散射。被散射的辐射的强度依赖于这个截面的大小。对于瑞利散射,散射截面与入射辐射频率的4次方成正比。太阳光是由从低频(红)到高频(蓝)具有不同频率的多种可见色光所组成的。太阳光谱中的蓝色部分,其频率高于所有其他可见色光,因此将受到强烈散射。我们仰望天空看到的就是这种散射光,所以天空显现为蓝色。

顺便提一下,日落时的太阳显现为红色,也是瑞利散射的结果。当太阳靠近地平线时,太阳光斜射过来必须穿过更多的大气。太阳光在行进途中,其中的蓝光受到强烈散射,而红光由于频率较低,散射较弱,能够直达观测者的眼睛。


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